Biographie
Les quantités naturelles de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, un gaz incolore, varient de 0 à 5 %. Il est composé de trois atomes : une molécule linéaire sans moment dipolaire net est formée de deux atomes d'oxygène liés à un atome de carbone. Il est formulé de la manière suivante : (1) les créatures aérobies comme les humains et les animaux le produisent principalement pendant la respiration. Cependant, il peut également être généré lors de la combustion ou de la décomposition microbienne des déchets organiques (2), la combustion de combustibles fossiles, notamment le charbon, le pétrole, l'essence et le gaz naturel produit la majeure partie des émissions anthropiques, et (3) selon le(s) produit(s) prévu(s), le CO2 peut être utilisé directement en le convertissant en produits chimiques par diverses voies catalytiques en plus d'être utilisé dans des processus industriels comme la fabrication de ciment ou de soude (s).
Méthodes d'utilisation du dioxyde de carbone
Il est possible de convertir le dioxyde de carbone en composés chimiques précieux en utilisant diverses techniques. La conversion thermocatalytique impliquant des températures élevées ; la conversion microbienne utilisant des souches bactériennes modifiées ; la réduction électrochimique directe utilisant des sources d'énergie renouvelables ; la réduction photocatalytique utilisant la lumière du soleil ; les conversions enzymatiques à médiation mitochondriale utilisant des enzymes extraites de cellules vivantes ; la chimie organique synthétique utilisant des réactifs organométalliques avec des métaux de base tels que le cuivre ou le fer comme catalyseurs ; et les réactions assistées par des enzymes utilisant des biocatalyseurs en sont quelques-unes. Chaque technique présente des avantages uniques en fonction des catégories de produits visées, du taux de production, de la consommation d'énergie, etc.
L’application directe d’électricité aux molécules de CO2 les transforme en ions formiate, qui peuvent interagir avec d’autres molécules pour générer des composés précieux comme le méthanol et l’éthanol. Ce processus est connu sous le nom de conversion électrochimique directe. Cette approche élimine toutes les émissions de gaz à effet de serre liées à son utilisation en utilisant des sources d’énergie renouvelables comme l’énergie éolienne et solaire au lieu des combustibles fossiles classiques, ce qui en fait un choix attrayant, compte tenu des préoccupations actuelles liées au changement climatique mondial. Et cette méthode est plus abordable que les autres méthodes actuellement disponibles en raison de ses taux d’utilisation proches de 100 % et de son faible besoin de matériaux catalyseurs. Cependant, certains problèmes doivent encore être résolus avant que l’option puisse être considérée comme commercialement viable en raison des vitesses de réaction lentes par rapport aux techniques photocatalytiques et des problèmes d’évolutivité limités liés aux exigences de taille du réacteur pour atteindre les niveaux de production à grande échelle requis par les normes industrielles actuelles.
Réduction photocatalytique:En utilisant l'énergie lumineuse et des catalyseurs tels que des nanocristaux d'oxyde de titane dopés avec divers oxydes de métaux de transition, tels que l'argent, le cobalt, l'oxyde de zinc, etc., la réduction photocatalytique convertit les molécules de CO2 en ions formiate, si elles sont appliquées à un potentiel cathodique, ou en radicaux hydroxyles, si elles sont appliquées à un potentiel anodique. Ces deux produits ont une large gamme d'utilisations dans diverses industries, allant des solvants aux procédés de fabrication, et comme cette méthode ne nécessite qu'une source lumineuse plutôt qu'un chauffage thermique traditionnel, elle constitue une option intéressante pour effectuer des synthèses photochimiques dans des environnements où elle ne serait pas appropriée autrement, comme la production en petites quantités ou les laboratoires où l'espace et les ressources sont limités, respectivement. Cette méthode offre également une flexibilité inégalée.
La « conversion microbienne » consiste à transformer certaines souches bactériennes en des gaz dissous provenant de l’environnement, comme l’air, et en des métabolites précieux, comme les acides gras. Cette méthode, qui ne nécessite aucun substrat externe supplémentaire, est plus économique que les autres méthodes citées ici, car elle ne nécessite pas l’achat de réactifs supplémentaires. Au lieu de cela, des cultures spécialisées peuvent être cultivées à moindre coût sur place et utilisées efficacement dans le contexte. Et grâce aux progrès des technologies de manipulation génétique, même des réactions complexes en plusieurs étapes peuvent désormais produire rapidement et avec précision des composés cibles aux niveaux souhaités, ce qui garantit que les opérations de contrôle de la qualité se dérouleront sans interruption dans un avenir prévisible pour les projets ultérieurs. Les chercheurs utilisent de plus en plus les technologies de manipulation génétique pour créer de nouveaux médicaments et traitements. Pour garder une longueur d’avance sur la concurrence et conserver un avantage concurrentiel dans les avancées scientifiques, le marché mondial en pleine croissance du secteur de la santé a besoin d’une quantité toujours croissante de recherche.
Conversion thermocatalytique : La thermocatalyse est l'application de chaleur à un mélange contenant à la fois de l'hydrogène et du monoxyde de carbone pour produire des hydrocarbures liquides similaires aux fractions pétrolières mais de qualité beaucoup plus pure que le pétrole brut standard obtenu à partir des sites d'extraction de combustibles fossiles actuels. Cela permet d'accéder à des produits finis de valeur que le secteur du raffinage aurait du mal à obtenir ailleurs. Et la synthèse des polymères est rendue possible grâce à la thermochimie : polyols, plastiques, caoutchouc, mousse, adhésifs, produits d'étanchéité, colle et revêtements. Les textiles, les fibres et les matériaux composites ont diverses utilisations dans diverses industries, notamment les cosmétiques, l'emballage, la transformation des aliments, l'ingénierie automobile, la construction de bâtiments, l'agriculture et l'aérospatiale. C'est pourquoi ils gagnent rapidement en popularité et sont le leader de l'industrie technologique à l'échelle mondiale. Les conversions enzymatiques à médiation mitochondriale impliquent l'extraction d'enzymes de cellules vivantes, en particulier des mitochondries, et leur transfert vers un autre milieu où elles transforment des intermédiaires réactifs, formant finalement un produit final désigné par un point prédéterminé résultant de la génération de métabolites intermédiaires précieux composés commensaux multiples. L'acide lactique, l'acétoïne, le glycérol et l'alcool, l'acide acétique succinique pipéronylique succinique malique tartrique fumarique, le glutaraldéhyde, le 2-hydroxybenzoate, l'acide phénoxyacétique et le 2-méthylphénoxyéthanol ne sont que quelques-uns des composés qui peuvent être extraits avec une précision et une pureté encore meilleures à des prix réduits en tant que valeur ajoutée.
Cependant, contrairement à la méthode d'électrochimie directe, conversions mitochondriales Les processus de fabrication ont une cinétique plus lente, ce qui signifie que le cycle prend plus de temps à se terminer avant d'atteindre le point final. Cela peut réduire la capacité de production réelle. Dans certaines circonstances, des délais de réponse plus rapides sont nécessaires. Assurez-vous que le produit final est livré à la date prévue et dans les délais promis aux clients. Avant de commencer le projet, il s'agit d'un facteur crucial pour éviter toute déception qui pourrait entraîner des retards susceptibles de coûter de l'argent à l'organisation ou de nuire à long terme à sa réputation, à la notoriété de sa marque et à sa part de marché.
Chimie organique de synthèse : La création de réactifs organométalliques composés de métaux de transition, de ligands et de structures de support pour produire une stéréosélectivité favorable est connue sous le nom de chimie organique synthétique ou « organométallique ». Par rapport aux autres paramètres du cours, chaque cas doit être considéré pour identifier de manière adéquate les meilleures conditions optimales fonctionnant dans le contexte, garantissant une efficacité maximale. La régiosélectivité chimio pendant les transformations permet de réaliser facilement et en peu de temps des formations sélectives de groupes fonctionnels à des positions spécifiques de molécules. Minimiser le gaspillage de main-d'œuvre, de matériaux et de ressources tout en accordant une priorité élevée à l'équipement du personnel de sécurité. N'oubliez pas, à chaque étape de la phase d'exécution du projet, la livraison aux clients de la manière la plus réussie possible, malgré les obstacles rencontrés et les circonstances imprévues.
Exemples de synthèse chimique à partir du dioxyde de carbone (CO2)
- Synthèse du méthanol : la méthode de Monsanto, qui consiste à associer le dioxyde de carbone à l'hydrogène gazeux en présence d'un catalyseur cuivre-zinc, permet de créer du méthanol à partir du dioxyde de carbone. La production de méthanol à partir du dioxyde de carbone peut être réalisée en le mélangeant avec de l'hydrogène sur un catalyseur approprié à des températures et des pressions élevées (par exemple, 400-430 °C et 10-20 bars). Le terme « méthanisation » s'applique également à ce procédé.
- Production d'acide formique : En utilisant une cellule électrochimique et un catalyseur palladium-cuivre, l'acide formique peut être produit à partir de dioxyde de carbone et d'hydrogène.
- Conversion en sels d'oxalate : Par des processus chimiques impliquant des composés de bore et d'aluminium comme le borax ou l'hydrate d'alumine et d'autres acides, notamment l'acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique, le dioxyde de carbone peut également être transformé en sels d'oxalate.
- Les polycarbonates sont fabriqués en combinant du phosgène avec des alcools dihydriques comme l'éthylène glycol en présence de catalyseurs comme le tétrachlorure d'étain ou le chlorure de zinc. Cela provoque des réactions de polymérisation qui donnent naissance à des polymères principalement constitués de molécules de dioxyde de carbone reliées par des atomes d'oxygène (c'est-à-dire des polycarbonates).
- Synthèse de l'acide carbonique : dans un catalyseur tel que l'acide sulfurique ou l'acide phosphorique, le dioxyde de carbone et l'eau se combinent pour former de l'acide carbonique. Le résultat peut donner naissance à des composés tels que l'urée et les formaldéhydes.
- Synthèse de l'éther diméthylique : L'éther diméthylique (DME) est un autre composé important qui peut être produit à partir de dioxyde de carbone en utilisant des catalyseurs pour la synthèse du méthanol et un agent de reformage, tel qu'un mélange de CO2/H2O ou CO/H2, à des températures comprises entre 350 et 400 °C et des pressions allant jusqu'à 20 bars pour la conversion du gaz de synthèse en DME.
- Production de polycarbonate : En raison de leur solidité, de leur durabilité, de leur transparence, de leur résistance à la chaleur et de leurs qualités d'isolation électrique, les polycarbonates sont souvent utilisés dans des applications industrielles. Ils sont généralement fabriqués par transestérification du bisphénol avec du phosgène, créé lorsque le dioxyde de carbone réagit avec du chlore gazeux ou une solution d'acide chlorhydrique à haute température (200–300 °C).
- La synthèse du carbonate de diméthyle (DMC) est un procédé utilisé pour produire le composé chimique carbonate de diméthyle. Il consiste à faire réagir du méthanol avec du phosgène ou du dioxyde de carbone en présence d'un catalyseur basique tel que l'hydroxyde de potassium ou l'hydroxyde de sodium. La réaction produit du carbonate de diméthyle et du chlorure d'hydrogène, qui est ensuite éliminé du mélange par distillation. Le carbonate de diméthyle peut être utilisé comme alternative à l'éthylène glycol dans les formulations d'antigel pour automobiles et avions, ainsi que pour de nombreuses autres applications, notamment les solvants, les plastifiants, les propulseurs et les carburants.
Comment DEISO Pouvez-vous vous aider dans votre projet de synthèse chimique à partir de dioxyde de carbone ?
- DEISO propose une large gamme de services professionnels d'analyse du cycle de vie (ACV) pour évaluer l'impact environnemental associé à la synthèse chimique à partir du dioxyde de carbone. Retrouvez-les ici.
- Nous proposons également des services de conseil en analyse du cycle de vie (ACV) à un tarif horaire.
- DESIO propose également une simulation de processus chimiques de synthèse à partir de dioxyde de carbone à l'aide d'Aspen Plus. Pour en savoir plus, cliquez ici.
- Nous proposons également des formations à l'analyse du cycle de vie pour l'ACV, ses logiciels et ses données.
- Nous proposons également des formations pour Aspen Plus.
